(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶の品質を向上させることができる窒化物結晶製造方法と窒化物結晶製造装置を提供する。【解決手段】育成炉と、育成炉内に配置された結晶成長容器と、結晶成長容器を加熱するヒーターと、結晶成長容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、結晶成長容器内に設けた坩堝２と、この坩堝２内に設けた種基板１とを備え、坩堝２内には、炭素粒１８を種基板１とは非接触状態で配置する凹部１７を設けた。また、種基板１の外周より外側に網状壁を設けて炭素粒１８を収容してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種基板の近傍に、この種基板とは非接触状態で雑晶の発生を抑制する炭素を配置し、その後、種基板上に結晶を育成させる窒化物結晶製造方法。
【請求項２】
種基板の近傍に、収納部を設け、この収納部内に炭素を配置する請求項１に記載の窒化物結晶製造方法。
【請求項３】
育成炉と、
この育成炉内に配置された結晶成長容器と、
この結晶成長容器を加熱する加熱手段と、
前記結晶成長容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記結晶成長容器内に設けた坩堝と、
この坩堝内に設けた種基板と、を備え、
前記坩堝内には、炭素を種基板とは非接触状態で配置する収納部を設けた窒化物結晶製造装置。
【請求項４】
前記収納部は、網状壁により形成した請求項３に記載の窒化物結晶製造装置。
【請求項５】
前記収納部は、坩堝の内底面から上方に突出させた凸部により形成した請求項３に記載の窒化物結晶製造装置。
【請求項６】
前記収納部は、坩堝の内底面上に配置した容器により形成した請求項３に記載の窒化物結晶製造装置。
【請求項７】
育成炉と、
この育成炉内に配置された結晶成長容器と、
この結晶成長容器を加熱する加熱手段と、
前記結晶成長容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記結晶成長容器内に設けた坩堝と、
この坩堝内に設けた種基板と、を備え、
前記坩堝の内面を炭素でコーティングした窒化物結晶製造装置。
【請求項８】
育成炉と、
この育成炉内に配置された結晶成長容器と、
この結晶成長容器を加熱する加熱手段と、
前記結晶成長容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記結晶成長容器内に設けた坩堝と、
この坩堝内に設けた種基板と、を備え、
前記種基板を前記坩堝の底面から所定の高さに保持する種基板台を設けた窒化物結晶製造装置。
【請求項９】
前記種基板台は、前記種基板を保持する保持板と、この保持板を坩堝の底面から複数の位置で支持する脚部を備えた請求項８に記載の窒化物結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物結晶製造方法および窒化物結晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物結晶は、以下の様にして製造されていた。
【０００３】
すなわち、育成炉と、この育成炉内に配置された結晶成長容器と、この結晶成長容器を加熱する加熱手段と、前記結晶成長容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記結晶成長容器内に設けた坩堝と、この坩堝内に設けた種基板とを備え、前記坩堝には雑晶の発生を防ぐための炭素を入れた構成となっていた。
【０００４】
Ｎａフラックスを用いた結晶成長法では、種結晶以外の核がフラックス中に発生し、（これが坩堝の気液界面に付いて成長したものを雑晶という）、これが原因でＧａＮ結晶の品質および収率が悪くなるという問題があったため、Ｎａフラックスに炭素を添加することで、種結晶以外の核がフラックス中に発生することを抑制することが知られている（例えば、これに類似する技術は下記特許文献１、および非特許文献１に記載されている）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５９９０１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Journal  of  Crystal  Growth  310  (2008)  3946-3949（大阪大学）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来例における課題は、結晶の品質が劣化してしまうことであった。
【０００８】
すなわち、従来例においては、フラックス中の雑晶を抑制するために用いるために、上述のごとく炭素を坩堝に入れており、この際に、雑晶を抑制する効果を高めるために、なるべく種基板の近くに炭素を配置をしたり、あるいは、坩堝を揺動させたりする。
【０００９】
このようにすると、炭素による雑晶の抑制効果を高めることができるが、時として、結晶の品質が劣化してしまうという現象が発生した。
【００１０】
本発明者は、このような結晶の品質の劣化原因を鋭意検討する中で、炭素が種基板に接触することが結論として結晶の品質を劣化させてしまうということを見いだした。
【００１１】
そこで本発明は、結晶の品質向上を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そして、この目的を達成するために本発明は、種基板の近傍に、この種基板とは非接触状態で雑晶の発生を抑制する炭素を配置し、その後、種基板上に結晶を育成させることにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明は、種基板の近傍に、この種基板とは非接触状態で雑晶の発生を抑制する炭素を配置し、その後、種基板上に結晶を育成させるようにしたので、結晶の品質を向上することができる。
【００１４】
すなわち、従来例においては、フラックス中の雑晶を抑制するために用いる炭素を坩堝の種基板の近くに入れるが、この場合に、炭素が種基板に接触してしまうと、これが原因で成長後のＧａＮ結晶に孔が空いてしまい、結晶の品質が劣化してしまうということが起こった。
【００１５】
この原因としては、例えば、炭素がフラックス中の雑晶を抑制するために窒素と化合するためにはかなりの時間が必要であり、この間に種基板上に接触した炭素は種基板表面の窒素を取ることになり、これが原因で成長後のＧａＮ結晶に孔が空いてしまうことが考えられる。
【００１６】
このようなことは、全く予想だにしなかったことであったが、本発明者の研究の結果、炭素の配置を適切に管理し、種基板に対して接触しないようにすることで、結晶の品質の劣化を防止できることを見出した。
【００１７】
そこで、本発明においては、炭素が種基板に接触することを防止し、種基板に対して適切な配置を行い、これによって結晶の品質を向上させることができることとなったものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の装置の構成図
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態の断面図（ｂ）は上面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態をIII族窒化物結晶製造装置の一例としてIII族窒化物結晶成長装置に適用したものを添付図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態におけるIII族窒化物結晶成長装置の構成図である。まず、結晶を成長させる種基板１と、この種基板１と、金属ガリウム（図２の３ａ）とナトリウム（図２の３ｂ）とを所定の量に計って坩堝２に入れる。なお、金属ガリウム（図２の３ａ）とナトリウム（図２の３ｂ）とは、加熱によって液化し、この図１に示す結晶化材料３となる。
【００２１】
つぎに、この坩堝２を、密閉性の結晶成長容器４に入れ、その後、この結晶成長容器４を育成炉５に入れる。育成炉５は、内面を断熱材６で覆っていて、その内部に、結晶成長容器４を加熱するためのヒーター（加熱手段の一例）７を備えた電気炉となっていて、内部の温度を、熱電対８で測定しながら管理している。また、育成炉５は、その全体を揺動可能にする駆動部９を備えた構成となっている。
【００２２】
この育成炉５の外部より、原料ガスである窒素を、原料ガス供給部１１を介して育成炉５に収納された結晶成長容器４内に供給するようになっている。
【００２３】
原料ガス供給部１１は、原料ガスボンベ１０と、この原料ガスボンベ１０と結晶成長容器４を接続する接続配管１２と、この接続配管１２内の圧力を調整する圧力調整器１３と、接続配管１２内のバルブ調整としてのストップバルブ１４と、接続配管１２内のガス抜きを行うリーク弁１５と、接続配管１２の切り離し部分１６と、を備えた構成となっている。
【００２４】
上述のように構成された装置で、結晶を育成するのであるが、その工程としては、まず、上述のごとく、坩堝２内にガリウム（図２の３ａ）とナトリウム（図２の３ｂ）原料を入れ、この坩堝２に、原料ガスとしての窒素を原料ガスボンベ１０から、窒素雰囲気圧力５０気圧で供給する。その状態で育成炉５によって、育成温度８５０℃に坩堝２を加熱し、種基板１上にＧａＮ結晶の育成を行う。
【００２５】
さて、ここで本発明の実施の形態における特徴点を説明する。図２に、上述したようにガリウム３ａと、ナトリウム３ｂを原料として入れた状態での坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示す。
【００２６】
図２によると、坩堝２の内側底面に、種基板１が水平に設置され、その上面にガリウム３ａと、ナトリウム３ｂが設置されている。坩堝２の内側底面には、種基板１の外周より外側に凹部１７が設けられており、この凹部１７の深さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を収納しても、この炭素粒１８がこの凹部１７から溢れ出て種基板１に決して接触しないような深さとしている。
【００２７】
このような構成にすることで、炭素粒１８が坩堝２内において、種基板１に接しない箇所に配置することができるので、結晶の成長時において種基板１に炭素粒１８が接触しないので、種基板１上に育成される窒化ガリウムの結晶の品質を向上するという効果が得られる。
【００２８】
炭素粒１８の配置手段としては、そのほかにもいくつかの手段が考えられる。
【００２９】
例えば、図３は、坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、図３によると坩堝２の内側底面に、種基板１の外周より外側に、ほぼ等間隔に複数の凹部１７が設けられており、この凹部１７の深さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を収納しても、坩堝２の内側底面を炭素粒１８が越えない程度になっている。この凹部１７内に、炭素粒１８が収納された構成となっている。
【００３０】
また、図４は、同様に坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、図４によると坩堝２の内側底面に、種基板１の外周より外側に、ほぼ円状に凹部１９が設けられており、この凹部１９の深さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を収納しても、坩堝２の内側底面を炭素粒１８が越えない程度になっている。この凹部１９内に、炭素粒１８が、ほぼ全周にわたって収納された構成となっている。
【００３１】
また、図５は、同様に坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、図５によると坩堝２の内側底面上に、種基板１の外周より外側に、ほぼ円状に凸部２０が設けられており、この凸部２０の高さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を凸部２０の外周に収納しても、凸部２０を炭素粒１８が越えない程度の高さになっている。この凸部２０の外周に、炭素粒１８が、ほぼ全周にわたって配置された構成となっている。
【００３２】
また、図６は、同様に坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、図６によると坩堝２の内側底面上に、種基板１の外周より外側に、ほぼ円状に網状壁２１が設けられており、この網状壁２１の高さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を凸部２０の外周に収納しても、網状壁２１を炭素粒１８が越えない程度の高さになっている。この網状壁２１の外周に、炭素粒１８が、ほぼ全周にわたって配置された構成となっている。尚、網状壁２１の網の目の大きさは、炭素粒１８を通さない程度の大きさとなっている。
【００３３】
また、図７は、同様に坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、図７によると、坩堝２の内側底面上に、所定の高さの種基板台２２を設け、この種基板台２２上に種基板１を設置し、坩堝２の内側底面に炭素粒１８を配置した構成としている。
【００３４】
この種基板台２２の構成は、種基板１を坩堝２の底面から所定の高さに保持する保持板２２ａと、この保持板２２ａを坩堝２の底面から複数の位置で支持する脚部２２ｂを備えた構成になっている。
【００３５】
この種基板台２２の高さは、必要とされるペレット状の炭素粒１８を坩堝２の内側底面に配置しても、炭素粒１８が種基板１に接しない程度の高さになっている。
【００３６】
また、図８は、同様に坩堝２の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）を示すが、炭素粒１８を通さない程度の大きさの開口部を有する容器２３に炭素粒１８を収納し、この容器２３を坩堝２の内側底面上に配置した構成としている。なお、この容器２３は、図示していない保持手段により、坩堝２の内側底面上方に、この図８に示すごとく中空状態で配置することも出来る。
【００３７】
また、他の実施形態として、坩堝２の内面を炭素でコーティングすることもできるが、このように坩堝２の内面を炭素でコーティングした場合には、図７に示す種基板台２２を活用することが好ましい。
【００３８】
上記いずれの手段も、炭素粒１８が坩堝２内において、種基板１に接しない箇所に配置することができるので、窒化ガリウムの結晶の成長時において、種基板１に炭素粒１８が接触しないので、窒化ガリウムの結晶の品質を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように本発明は、種基板の近傍に、この種基板とは非接触状態で雑晶の発生を抑制する炭素を配置し、その後、種基板上に結晶を育成させるようにしたので、結晶の品質を向上することができる。
【００４０】
すなわち、従来例においては、フラックス中の雑晶を抑制するために用いる炭素を坩堝の種基板の近くに入れるが、この場合に、炭素が種基板に接触してしまうと、これが原因で成長後のＧａＮ結晶に孔が空いてしまい、結晶の品質が劣化してしまうということが起こった。
【００４１】
この原因としては、例えば、炭素がフラックス中の雑晶を抑制するために窒素と化合するためにはかなりの時間が必要であり、この間に種基板上に接触した炭素は種基板表面の窒素を取ることになり、これが原因で成長後のＧａＮ結晶に孔が空いてしまうことが考えられる。
【００４２】
このようなことは、全く予想だにしなかったことであったが、本発明者の研究の結果、炭素の配置を適切に管理し、種基板に対して接触しないようにすることで、結晶の品質の劣化を防止できることを見出した。
【００４３】
そこで、本発明においては、炭素が種基板に接触することを防止し、種基板に対して適切な配置を行い、これによって結晶の品質を向上させることができることとなったものである。
【００４４】
したがって、たとえば、窒化物結晶製造装置として広く活用が期待されるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１  種基板
２  坩堝
３ａ  ガリウム
３ｂ  ナトリウム
４  結晶成長容器
５  育成炉
６  断熱材
７  ヒーター
８  熱電対
９  駆動部
１０  原料ガスボンベ
１１  原料ガス供給部
１２  接続配管
１３  圧力調整器
１４  ストップバルブ
１５  リーク弁
１６  切り離し部分
１７  凹部
１８  炭素粒
１９  凹部
２０  凸部
２１  網状壁
２２  種基板台
２２ａ  保持台
２２ｂ  脚部
２３  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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